析南非标准中中压电缆的长期老化试验方法

析南非标准中中压电缆的长期老化试验方法 2011 年第 5 期 电线电缆 2011 年 10 月 No( 5 2011 Electric Wire , Cable Oct( ， 2011 浅析南非标准中中压电缆的长期老化试验方法 1 1 2 吴丽芳 ， 蒋 正萍 ， 李 骥 ( 1( 无锡江南电缆有限公司，江苏 无锡 214251; 2( 上海电 缆研究所，上海 200093) 摘要: 为满足南非国家标准 SANS 1339: 2010 的要 求，证明中压交联聚乙烯绝缘电缆的绝缘材料的长期稳定性 和抗水树性，中压电缆 的长期老化试验已被逐渐重视并采用。根据南非试验方法标准 SANS 6284- 2007 要 5: 求设计了长期老化试验系统，并得到了南非国家标准局的认可。 关键词: 中 压交联电缆; 抗水树; 长期老化 中图分类号: TM247( 1; TM206 文献标识 码: A 文章编号: 1672-6901( 2011) 05-0031-03 Study on the Long Time Aging Test Methods of the MV Cables in the South African Standard WU Li-fang，et al ( Wuxi Jiangnan Cable Co( ，Ltd( ，Wuxi 214251，China) Abstract: The long-term aging test of MV cables has been paid attention to and used gradually in order to prove that the insulation material of MV XLPE insulated cable has good properties of long-term stability and water tree resistance which meets to the requirements of South Africa standard SANS 1339: 2010( According to the requirements of South Africa test method standard SANS 6284 , 5: 2007，this article mainly introduces the design principle and the practical appli cation of the long-term aging test system，and the process of getting the recognition from South African Bureau of Standards ( SABS) ( Key words: MV XLPE cable; water tree resistant; long time aging 老化时间 3000 h) 两套试验方 案进行验证。 试验方0 引 言 法应按照 SANS 6284- 2007 标准要求执行， 5: 该 标准 中压电缆一般不设金属防潮层，随着使用时间 从试验仪器、供电设备、试验 试样、测试步骤、结果评的增加，电缆敷设环境下的潮气会慢慢渗透进入护 估以及 水树试验这六个方面对试验的内容进行了规层，进而透过绝缘屏蔽进入绝缘层。 在 电缆制造和 定。但由于目前国内很少接触南非电缆标准，且无敷设过程中，由于终 端没有良好封闭，水分有时也可 相关测试设备，而测试设备价格昂贵且试验周期较 通过导体浸入电缆内部。目前已有很多国家电力部 长，最终我公司决定从国内采购 元器件 ，进行自主研门将导体阻水结构也列入常规的电缆结构中 。 自 发设计。 经过近两年的努力，不但研制出测试系统，1983 年以来，抗水树的交联聚乙烯绝缘 材料 ( WTR- 而且成功运用于试验，目前已经取得了南非国家标XLPE) 已大量 投放市场，为了这些抗水树电缆 准局的认可。在我们现有工频和中频的两套试 验设材料的有效性，多个国家标准设计了多种电缆抗水 备中，主要介绍中频 500 Hz 试验系统相关内容。树测量方案，对新型材料、制造方法和电缆结构进行 1 长期老 化试验方案快速 甄 别。 本 文 主 要 介 绍 南 非 产 品 标 准 SANS1339: 2010 对抗水树电缆的试验方法要求。 长期 老 化 试 验 的 目 的 是 为 了 证 明 三 层 共 挤 根据该标准，产品制造商应证明其所生产的三 XLPE 绝缘材料的 可靠性和抗水树性。层共挤交联聚乙烯绝缘材料具有长期的可靠性和抗 长期老化试 验的基本原理: 将样品浸泡在 50?C水树性。为此该标准提供了工频 ( 频率 50 Hz、 电压 的水中进行 1000 h 的预处理，之后在室温下对该试3U0 、老化时间 2 年) 和 中频( 频率 500 Hz、电压 3U0 、 样施加 3U0 的电压 3000 h，老化试验期间总 停机时 间不能超过 24 h，且停机时间要在最后进行补足，通 收稿日期: 2011- 31 03- 过老化处理的试样进行逐级击穿耐压试验 ，南非标 作者简介: 吴丽芳( 1964 , ) ， 助理师( 女， 准局要求对试验过程全程监控，并提供能证明试验 作者地址: 江苏宜兴市官林镇新官东路 53 号〔214251〕( 有效性的数据记录。 根据 SANS 6284- 2007 标准 5:2011 年第 5 期 电线电缆 2011 年 10 月 No( 5 2011 Electric Wire , Cable Oct( ， 2011设计了试验原理及试验设备分布图 ( 见图 1) 。 2 老化试验流程 ( 1) 恒温水浴系统。 根据标准要求: 样品应不少于 10 m 为 1 卷，每卷绕 2 , 3 圈，末端必须在水线 ( 1) 试样的选取。 按 SANS 6284- 2007 要求 5:以上且底部至少在水箱顶端 50 cm 以上， 每一卷和 规定， 试验应在额定电压 6( 35 /11 kV 三层共挤的绝终端必须固定使其在测试中无法移动 ， 加热阶段，水 缘线芯上进行， 且应是铜或铝导体， 规格为 95 , 400 2箱水温控制在 50?C ? 5?C 然后保持 1000 h。 mm 范围内的任一规格， 所有的试样应从局部放电 根据该要求，我们设计了一个高度为 2( 5m、内 试验合格的产品上抽取。切圆半径为 3 m 的六角形恒温水浴箱，其温控精度 样品长度: 分 15 段，每段 14 m，其中的 3 段分为 ? 1? 。 别在 750、 1500、 2250 h 时各取出 2) 试验数据实时记录系统。由于老化试验过 或水树检查。 一段进行耐压试验 ( 而剩下的 12 段， 3000 h 后全部取 在程中要求加压 3000 h 整个过程中系统停机时间不 出进行交流逐级击穿试验和水树检查 。允许超过 24 h，且必须有试验全程的数据记录，我们 ( 2) 样品的制作设想将所有试验参数由数据采集卡进行采集并输入 1) 水终端的制作: 国外相似设备所采样的水终计算机，由计算机每分钟记录。 为防止意外断电造 端，通常采用循环水的方式来降低电缆在耐压运行成计算机数据的遗失和试验数据的遗漏， 我们安装 中水终端的热量，提高水终端的使用时间。 我们根了不间断电源对计算机进行供电 。这样定期导出计 据水终端的制作要求，采用了较粗的塑料套管， 并在算机中的数据，实现对设备运行状态的监控。 电缆上制作一个阻水的端子，且在 1 年多的运行中， 并未出现任何问题。 2) 试样的安装: 用一个三角形的支架或是四边 行的支架( 内接于外径 3 m 的圆， 以达到绕三圈约 10 m 的长度要求) ，将电缆线芯绕在上面，然后放入 水箱中，切忌在进行试样的安装时损伤外部绝缘层 和绝缘屏蔽层，如果因为操作过程中造成了损伤 ，在 试品进行击穿试验前均应标记清楚，以免无效数据 影响检测结果。一般情况下，我们会在单根绝缘线 芯的外面绕包一层铜带，一是在耐压过程中直接接 ， 地起到第二电极的作用 另一作用就是防止在安装 过程中对绝缘线芯有所损伤。 ( 3) 逐级 击 穿 电 压 试 验 ( 试 样 质 量 的 评 估 方 法) 。将线芯从水箱中取出， 按要求分成 12 段， 每 段 10 m( 因标准中规定工频逐级击穿试验的样品需 要至少 7( 93 m 的有效电缆长度 ) ，并在电缆上绕包 图1 试验原理及试验设备分布图 一层铜带或是铜丝编织以便接地， 两端使用去离子 ( 3) 中频耐压试验系统。 我们用发电机将 50 水终端或是其他可以进行高压试验的终端 ， 先给电Hz 的动力电源转换成 500 Hz 的试验电源， 在摸索 缆施加 3U0 的电压 5 min，然后把电压提高到 4U0 持中我们发现电缆是容性阻抗，为保证功率因数约等 续 5 min，依次递增，每次增加 1U0 、 min 直至击穿。 5于 1，就必须选择一个合适的电感性阻抗来补偿 。 用同样的方法依次测试剩下的 11 个样品， 并记录其由于功率因数超前或滞后都会带来负载的增加 ，而 可以承受的电压值。发电机的额定功率是一定的，如果补偿电感选择不 试验结果如下: 击穿场强大于 22 kV / mm 个数当，将很容易引起系统的过载，甚至会使发电机过热 ( U b 65( 34 kV) : 7; 击穿场强大于 18 kV / mm 个数而烧毁。但是试验过程中样品的长度会由 200 m 逐 ( U b 53( 46 kV) : 10; 击穿场强大于 14 kV / mm 个数渐减至 168 m，我们在高压电压器上安装了过流保 ( U b 41( 58 kV) : 12。 试验结果符合 SANS 1339: ，护装置 并安装了两个补偿电抗器。 经反复调试后 2010 中 4( 7( 3 条款的规定。中频耐压系统最终定型为由以下四个部分组成 : 中 3 与国内相关标准的比较频发电机组及控制柜; 中频控制柜; 中频高压试验变压器; 电抗器两只。 目前国内考核电缆绝缘材料抗水树性能一般参 322011 年第 5 期 电线电缆 2011 年 10 月 No( 5 2011 Electric Wire , Cable Oct( ， 2011照 DL / T 1070-2007《中压交联电缆抗水树性能鉴定 大缩短老化时间。试验和要求》 进行评价。 该标准主要规定了国内 6 ( 4) 结果的评价: DL / T 1070 规定了不同时间, 35 kV 中压交联聚乙烯绝缘电力电缆抗水树性能 加速老化条件下的击穿电压耐受值， SANS 6284 而鉴定的试验方法和要求。 与本文所述标准相比，主 由于最后 12 个样品老化条件一致，所以标准给出了要有以下几点不同: 一系列击穿场强值下所必 ( 1) 从样品选择上， / T 1070—2007 规定只 DL 2 4 结束须达到统计个数 。 语能选用 50 mm 铜芯导体， 电压等级为 8( 7 /10 kV 或8( 7 /15 kV。而 SANS 6284- 2007 样品选择相对宽 5: 长期老化试验系统成功地应用于检测，不但解泛。 决了我公司出口南非的中压电缆老化试验的问题 ， ( 2) 从老化程序上， / T 1070 要求对 21 个试 DL 为产品成功打入南非市场奠定了基础，同时也填补样分别进行不同类型试验， 未老化样品进行电气测 了国内该项试验的空白。目前工频下的电缆长期老量和交流逐级击穿， d 负荷循环样品进行热冲击 14 化试验正在进行中，我们将对工频和中频下老化的逐级击穿， d、 d、 d 老化后的样品都进行 120 180 360 试验结果进行比较，分析其在不同频率下的水树形交流逐级击穿试验，所有经过长期加速老化的样品 成机理有何异同之处。均要进行结构检查和水树检查。 和 SANS 6284 相 参考文献:比， / T 1070 的试验程序更为复杂， DL 每种试验都规定了相应的考核要求。 〔1〕 SANS 1339: 2010 Electric cables-cross-linked polyethylene ( XLPE) insulated cables for rated voltages 3( 8 /6( 6 kV to 19 /33 ( 3) 从老化条件上， / T 1070 要求 ( 27 ? 1 ) DL kV〔S〕(kV，频率为 49 , 61 Hz，在加速水树老化的过程中， 〔 5: 2〕 SANS 6284- 2007 Test methods for cross-linked polyethylene还要穿 插 进 行 不 同 天 数 的 热 负 荷 循 环。 而 SANS ( XLPE) insulated electric cables Part 5: Ageing tests〔 ( S〕6284 对老化条件只有电压和温度的要求， 频率可以 〔3〕 DL / T 1070—2007 中压交联电缆抗水树性能鉴定试验和要求 在选择 50 Hz 或 500 Hz， 500 Hz 电源下老化可以大 〔 ( S〕檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿( 上接第 30 页) 体，氮气的加热温度可以达到 500 ?C 以上。 原来我公司使用瓶装氮气时， 一年所需费用在5 结束语 15 万元左右。自从使用氮气发生器后每年可节约 5 氮气发生系统的气源是非常普通的压缩空气， 万元以上，而且还降低了人力成本。更重要的是，我几乎每个制造企业都会有空压机组，当空压机工作 们可得到质量稳定、获取便捷的氮气，没有必要再为时就可利用氮气发生系统生产不同纯度的氮气 。 更换氮气瓶而耗时耗力，大大提高了生产效率。 氮气在电线电缆行业中的使用已越来越普遍， 参考文献:我公司在生产物理发泡电缆、半柔同轴电缆 ( Quick-form) 时都已使用氮气，氮气不光 可以起到防止铜丝 〔1〕 吴彦敏( 气体纯体〔 ( 北京: 国防工业出版社， M〕 1983(氧化的作用， 而且也是一种比较稳定可靠的加热媒檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 2012 年度《电线电缆》杂志征订通知 2012 年度 电线电缆》 《 杂志征订工作于 2011 年 10 月开始办理，请广大订户速到所在地区邮电局 ( 所) 的报刊发行处征订。 《电线电缆》 的邮局发行代号为 4 , 276，定价每期 10 元，全年 6 期共 60 元，欢迎广大读者就近订阅《电线电缆》杂志。读者也可以向编辑部订购， 但需另加邮费 20 元， 即全年共 80 元。 汇款地址: 上海市军工路 1000 号 电线电缆编辑部 邮政编码: 200093 电话: ( 021) 65494605- 2058传真: ( 021) 65486602 联系人: 顾 炯 电线电缆编辑部 33